一種土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置的製作方法

2023-10-11 13:49:24

本實用新型公開了一種土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置。

背景技術：

擊實試驗為土工試驗中勞動強度最大的試驗項目之一。目前現行有效的中華人民共和國國家標準《土工試驗方法標準》GB/T50123-1999中，對輕型擊實試驗土樣製備的規定為：用四分法取代表性土樣20Kg，風乾碾碎，過5mm篩，並將篩下土樣拌勻；但是具體如何風乾碾碎並沒有給出相關的設備以及方法；因此目前採用的方法是人工碾碎，這種人工碾碎存在以下缺點:

粘性土由天然含水率到風乾的過程中，土壤的結塊會非常密實。目前，試驗室人員人工製備擊實土樣的常規模式為：在土壤風乾過程中，用斧頭逐一敲碎土壤結塊，再用鋼管或木碾碾壓，將碾壓後的土倒入5mm篩子過篩，篩下的土樣拌勻後後灑水擊實。該項試驗土樣製備試驗周期長、勞動強度大、碾碎篩分過程中揚塵嚴重，造成了嚴重的空氣汙染和環境汙染，同時對試驗人員的身體健康也帶來了較大的危害。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的技術缺點，本實用新型公開了一種土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置及方法。

本實用新型採用的技術方案如下：

一種土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置，包括機架，在所述的機架上設有一個電機，所述的電機通過傳動設備驅動一個羅拉輥旋轉，羅拉輥的兩端各自通過軸承固定在兩個支撐板上，在所述的羅拉輥的底部設有一個與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板，所述篩板兩側與前、後兩檔板活動連接(活動連接的方式可以是螺栓連接)，所述的前、後兩檔板插接在兩個支撐板上(插接的方式可以是滑槽或者滑軌)，所述的羅拉輥位於前、後兩個擋板的中心位置，且在羅拉輥的頂部設有導向板；所述的導向板也與所述的支撐板插接在一起(插接的方式可以是滑槽或者滑軌)，所述的前擋板、篩板、導向板以及兩個支撐板形成了投料區；所述篩板的底部設有一個向地面傾斜的接料板，碾散篩分後的土料從出料口由接料板輸出。

進一步的，所述的篩板可以卸下，用於清理餘土或清理堵塞的篩孔。

進一步的，所述的羅拉輥最底端與篩板之間的距離為5mm。

進一步的，所述的篩板上設有若干圓孔，圓孔的直徑為5mm。

進一步的，所述的電機通過一個減速機驅動一對嚙合的齒輪，所述的齒輪驅動羅拉輥低速旋轉。

進一步的，所述的羅拉輥向前擋板所在的方向旋轉；所述的需要碾散的土料放置在投料區內。

進一步的，利用上述設備土工輕型擊實試驗的方法，如下：

步驟1將土樣置於乾燥清潔的平面上，晾曬風乾；

步驟2將風乾後的土樣沿前擋板、導向板倒入投料區，打開風乾土樣碾散篩分試驗裝置的電源開關，將土料碾碎，小於5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，並測定土樣的風乾含水率；

步驟3根據土的塑限預估最優含水率，按依次相差約2％的含水率製備多組不同含水率的試樣；

其中2個含水率大於塑限，2個含水率小於塑限，1個含水率接近塑限；

步驟4取2.5Kg的土樣平鋪於不吸水的盛土容器內，按預定含水率用噴水設備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用，靜置時間分別為：高液限粘土不得少於24小時，低液限粘土可酌情縮短，但不應少於12小時；

步驟5從製備好的試樣中稱取一定量土料，分3層倒入擊實儀的擊實筒內並將土面整平，分層擊實。每層土料的質量為600-800g，兩層交接面的土面應刨毛，每層25擊；

步驟6沿擊實筒頂修平試樣，拆除底板，擦淨筒外壁，稱量準確至1g。

步驟7將試樣從擊實筒中推出，從試樣中心處取2個一定量土料平行測定試樣的含水率，含水率的平行誤差應不大於1％；

步驟8依據上述步驟對其他含水率的試樣依次進行擊實；

步驟9計算擊實後試樣的幹密度和含水率，繪製關係曲線。

進一步的，以幹密度為縱坐標，含水率為橫坐標，繪製幹密度與含水率的關係曲線；在幹密度與含水率關係曲線上繪製飽和含水率曲線。

進一步的，步驟3中的試樣最少製備5組，其中2個含水率大於塑限，2個含水率小於塑限，1個含水率接近塑限。

本實用新型有益效果如下：

能將擊實試驗中勞動強度最大的三個步驟(敲碎敲碎土壤結塊、碾散和篩分)由機械替代人工，如果採用常規的人工製備擊實土樣，一人製備一種土樣至少需要1小時以上，耗費大量人力資源。而研製的土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置，試樣製備僅需幾分鐘，大大提高了工作效率，節省了人力資源等試驗成本。同時，制樣過程中避免了揚塵對空氣的汙染，保護了環境。因此，該儀器有著顯著的經濟和社會效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本實用新型的側視圖；

圖2本實用新型的剖面圖；

圖3-1、3-2為篩板的結構圖；

圖4-1、4-2支撐板的結構圖；

圖中：1機架，2電機底座，3電機，4齒輪副，5齒輪罩，6羅拉輥，7加強板，8支撐板，9軸承，10篩板，11導向板，12前擋板,13後檔板，14接料板。

具體實施方式

如圖1、2所示，土工輕型擊實試驗風乾土樣碾散篩分試驗裝置，包括機架1，在所述的機架1上設有一個電機3，所述的電機通過傳動設備驅動一個羅拉輥6旋轉，羅拉輥6的兩端各自通過軸承9固定在兩個支撐板8上，在所述的羅拉輥6的底部設有一個與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板10，所述篩板10兩側與前、後兩檔板12、13活動連接(活動連接的方式可以是螺栓連接)，前、後兩檔板12、13插接在兩個支撐板8上(插接的方式可以是滑槽或者滑軌)，羅拉輥位於前、後兩個擋板的中心位置，且在羅拉輥6的頂部設有導向板；所述的導向板也與所述的支撐板插接在一起(插接的方式可以是滑槽或者滑軌)，所述的前擋板12、篩板10、導向板11以及兩個支撐板8形成了投料區；篩板的底部設有一個向地面傾斜的接料板14，碾散篩分後的土料從出料口由接料板輸出。

羅拉輥6位於前後兩個擋板的中心位置，且在羅拉輥的頂部設有一個導向板，使需要碾散的土料只能放置在投料區。

進一步的，羅拉輥6最底端與篩板10之間的距離為5mm。

進一步的，篩板10上設有若干圓孔，孔的直徑為5mm。

進一步的，電機3通過一個減速機驅動一對嚙合的齒輪副4，所述的齒輪驅動羅拉輥低速旋轉。

進一步的，羅拉輥6向前擋板所在的方向旋轉；所述的需要碾散的土料放置在投料區。

進一步的，在兩個支撐板上上設有加強板7。

具體的工作過程如下：

將需要碾散的土料投入到投料區，然後驅動電機，電機帶動羅拉輥低速旋轉，羅拉輥向前擋板的方向旋轉，羅拉輥在旋轉過程中不斷碾壓土壤結塊，直到土壤結塊被碾散，分散後的土料過5mm圓孔的篩板，從接料板送出；

在此過程中，兩個支撐板與前、後兩個擋板可拆卸的連接；篩板的兩個側面分別與前、後兩個擋板可拆卸連接；所述的篩板可以卸下，用於清理篩板上的餘土或清理堵塞的篩孔。

利用上述設備進行擊實試驗的方法如下：

1.儀器設備

1.1擊實儀：由擊實筒、擊錘和護筒組成。其尺寸應符合下表之規定。

擊實儀主要部件尺寸規格表

1.2擊實儀的擊錘應配導筒，擊錘與導筒間應有足夠的間隙使錘能自由下落。電動操作的擊錘必須有控制落距的跟蹤設備和錘擊點按一定角度(輕型53.5°)均勻分布的設備。

1.3電子天平：稱量200，分度值0.01g。

1.4臺秤：稱量10kg，分度值5g。

1.5試樣推出器：宜用螺旋式千斤頂或液壓式千斤頂。如無此類設備，亦可用刮刀和修土刀從擊實筒中取出試樣。

1.6其他：烘箱、噴水設備、碾土篩分試驗設備、盛土器、修土刀等。

2.具體的試驗方法：

2.1試樣製備

2.1.1取代表性土樣20kg，將土樣置於乾燥清潔的平面上，晾曬風乾。將風乾後的土樣沿前擋板和導向板倒入投料區，打開風乾土樣碾散篩分試驗裝置的電源開關，將土料碾碎，小於5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，並測定土樣的風乾含水率。

2.1.2根據土的塑限預估最優含水率，按依次相差約2％的含水率應製備不少於五組的不同含水率的試樣，其中應有2個含水率大於塑限，2個含水率小於塑限，1個含水率接近塑限。按公式(1)計算應加水量：

式中：mω-土樣所需加水質量，g；

m-風乾含水率時的土樣質量，g；

ω0-風乾含水率，％；

ω-土樣所要求的含水率，％。

2.1.3取2.5Kg的土樣平鋪於不吸水的盛土容器內，按預定含水率用噴水設備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用。靜置時間分別為：高液限粘土不得少於24小時，低液限粘土可酌情縮短，但不應少於12小時。

2.2試樣擊實

2.2.1將擊實儀放在堅實的地面上，擊實筒與底座聯接好，安裝好護筒，檢查儀器各部件及配套設備的性能是否正常，在擊實筒內壁均勻塗一薄層潤滑油。

2.2.2從製備好的一份試件中稱取一定量土料，分3層倒入擊實筒內並將土面整平，分層擊實。輕型擊實法分3層擊實，每層土料的質量為600-800g(其量應使擊實後試樣的高度略高於擊實筒的1/3)，每層25擊。擊實後的每層試樣高度宜大致相等，兩層交接面的土面應刨毛。擊實完成後，超出擊實筒頂的試樣高度應小於6mm。

2.2.3用修土刀沿護筒內壁削挖後，扭動並取下護筒。沿擊實筒頂細心修平試樣，拆除底板，如試樣底面超出筒外，亦應修平。擦淨筒外壁，稱量，準確至1g。

2.2.4用推土器將試樣從擊實筒中推出，從試樣中心處取2個一定量土料平行測定試樣的含水率，含水率的平行誤差應不大於1％。

2.2.5按步驟2.2.1～2.2.4規定對其他含水率的試樣依次進行擊實。一般不重複使用土樣。

3試驗成果整理

3.1計算公式

3.1.1按公式(2)計算擊實後試樣的幹密度：

式中：ρd-幹密度，g/cm3；

ρ-溼密度，g/cm3；

ω-含水率，％。

計算至0.01g/cm3。

3.1.2按公式(3)計算數個幹密度下土的飽和含水率：

式中：ωsat-試樣的飽和含水率，％；

ρw-溫度4℃時水的密度，g/cm3；

ρd-試樣的幹密度，g/cm3；

Gs-土顆粒比重。

3.2繪製關係曲線

3.2.1以幹密度為縱坐標，含水率為橫坐標，繪製幹密度與含水率的關係曲線。曲線上峰值點的縱坐標代表擊實試樣的最大幹密度，相應的橫坐標為擊實試樣的最優含水率。當曲線不能繪出峰值點時，應進行補點。土樣不宜重複使用。

3.2.2在幹密度與含水率關係曲線上繪製飽和含水率曲線。

3.3成果校正

3.3.1土工輕型擊實試驗中，當試樣中粒徑大於5mm的顆粒質量小於試樣總質量的30％時，應對最大幹密度進行校正，校正公式見式(4)。

式中：ρ′dmax-校正後的最大幹密度，g/cm3；

P-粒徑大於5mm土的質量百分數(％)；

GS2-粒徑大於5mm土粒的飽和面幹比重；

ρω-水的密度，g/cm3；

ρdmax—粒徑小於5mm試樣的最大幹密度，g/cm3。

計算至0.01g/cm3。

3.3.2在土工輕型擊實試驗中，當試樣中粒徑大於5mm的顆粒質量小於試樣總質量的30％時，亦需對最優含水率進行校正，校正公式見式(5)。

ω′op＝ωop(1-P)+P·ω2 (5)

式中：ωop』-校正後的最優含水率，％；

ωop-擊實試樣的最優含水率，％；

ω2-粒徑大於5mm土粒的吸著含水率，％。

其餘符號同上。計算至0.01％。

上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但並非對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範圍以內。